Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время значительного развития достигли теоретические представления о природе различных видов хрупкого разрушения - хладноломкости, водородного охрупчивания, замедленного разрушения. В рамках большинства расчетных моделей хрупкого разрушения влияние структуры учитывается в основном косвенно. В то же время, накоплен значительный фактический материал о влиянии структурного состояния на хрупкость стали. Однако, имеется ограниченное число данных о связи макрсшластических характеристик сопротивления материала хрупкому разрушении с параметрами локального разрушения. В первую очередь, это связано с тем, что известные критерии хрупкого разрушения и основанные на них методы испытаний предполагают сравнительную оценку хрупкой прочности стали. При этом, как правила, не учитывается неоднородность структуры и поля напряжений.
Общим для хрупкого разрушения при кратковременном Схладноломкость) и длительном (замедленное разрушение) нагружении является критическая роль процесса локального разрушения. В связи с этим, изучение процесса локального разрушения на мшсроструктурном уровне, включающего зарождение трещины и переход к ее распространении имеет важное значение.
В зависимости от вида хрупкого разрушения процесс локального разрушения может быть связан с действием ' различных микромеханизмов. Поэтому необходим анализ условий реализации тех или иных микромеханизмов.
Кроме того, актуальной проблемой является установление зависимостей, позволяющих прогнозировать работоспособность изделий из высокопрочных сталей по характеристикам, отражающим структурное состояние металла в жестких условиях эксплуатации Сводородсодержащие среды).
Целью работы являлась разработка модели и критериев локального разрушения мартенситных сталей на микроструктурном уровне, а также разработка на этой основе методов испытаний образцов и деталей на замедленное хрупкое разрушение в условиях наводороживания.
В соответствии с поставленной целью в работе решали следующие задачи:
1.Установление связи трещиностойкости материала со структурно-механическими характеристиками локального разрушения при хрупком разрушении и замедленном разрушении,
вызванном водородом. 2.Установление закономерностей перехода от зарождения к развитию трещины хрупкого разрушения для высокопрочной стали в различных структурных состояниях.
-
Установление количественных закономерностей влияния размера исходного аустенитного зерна на структурно-механические характеристики замедленного хрупкого разрушения высокопрочной стали при наводорохивавии.
-
Изучение склонности порошковой стали к замедленному хрупкому разрушение при наводороживавии.
5.Установление закономерностей влияния пористости порошковой стали . на ее склонность к замедленному разрушению, вызванному водородом.
6.Разработка методов испытаний образцов и деталей на замедленное хрупкое разрушение в условиях навадороживания.
Научная новизна работы. При решении поставленных в работе 14 впервые получены следующие научные результаты:
-установлена связь пороговых коэффициентов интенсивности напряжений при замедленном хрупком разрушении со структурно-механическими характеристиками в вершине концентратора напряжений (пороговым локальным напряжением и характеристическим расстоянием}, что позволило выяснить роль структурного состояния в обеспечении сопротивления металла замедленному хрупкому разрушению;
-установлена связь характеристик интеркристаллитного локального разрушения (критического и порогового локальных напряжений) при низкотемпературном охрупчивании и замедленном хрупком разрушении, вызванном водородом на основе обнаруженной инвариантности микроструктурного параметра, имеющего смысл критического коэффициента интенсивности локальных напряжений, к этим видам хрупкости;
-Разработан новый подход к разделению стадий зарождения и распространения трещины хрупкого разрушения, заключающийся в сравнении характеристических расстояний (или процессорных зон) при изменении структурного состояния или вида хрупкого разрушения, основанный на анализе соотношения критического максимального локального растягивающего напряжения - характеристики сопротивления материала зарождению трещины и вязкости разрушения - характеристики сопротивления материала распространению трещины.
-Установлено, что структурным элементом, ответственным за хрупкое разрушение мартенситностареодей стали, состаренной по режиму, обеспечивающему максимальное упрочнение, является размер исходного аустенитного зерна. Характеристическое расстояние для этого случая определяется микромеханизмом хрупкого разрушения и размером аустенитного зерна и по величине соответствует двум диаметрам исходного зерна аустенита. -установлены закономерности изменения пороговых характеристик трещиностойкости и локального разрушения при замедленном хрупком разрушении мартенситной стали с различным размером исходного аустенитного зерна при наводороживании; установлено, что пороговое максимальное локальное растягивавшее напряжение уменьшается с увеличением размера аустенитного зерна пропорционально d-1 ; -обнаружено явление замедленного хрупкого разрушения порошковой стали, вызванного воздействием водорода; -установлены закономерности влияния пористости на пороговые характеристики трещиностойкости и локального разрушения при замедленном хрупком разрушении порошковой стали в условиях .наводороживания.
Практическая значимость работы. Проведенные в работе следования позволили выявить и количественно описать основные кономерности процесса замедленного хрупкого разрушения, зываемого водородом и обусловливающего падение несущей эсобности металлоконструкций с коцентраторами напряжений, гановить связь силовых характеристик замедленного разрушения с раметрами хрупкой прочности, отражающими структурное состояние гериала. В прикладном плане эти результаты позволили научно основать практические рекомендации по оптимизации структурных стояний высокопрочной стали. Разработанная в работе методика енки склонности труб из высокопрочной мартенситностаревщей стали замедленному хрупкому разрушению при длительном хранении пользована в НИМИ, а положенный в ее основу способ определения асного уровня остаточных внутренних микронапряжений защищен тентом. Предложенный способ определения склонности к медленному хрупкому разрушению при наводороживании разрывных разцов может быть использован при прогнозировании замедленного зрушення высокопрочных сталей в условиях заводских лабораторий. На защиту выносятся:
1.Установленные закономерности связи трещинастойкости с локальными характеристиками хрупкого, в том числе замедленного разрушения.
2.Разработанные положения о характеристическом расстоянии, заключающиеся в том, что до зарождения трещины оно характеризует размер зоны процесса локального разрушения, а после зарождения -критическую длину трещины и характеризует, таким образом,- процесс перехода от стадии зарождения к стадии развтия трещины. Величина характеристического расстояния, при этом,определяется соотношением между сопротивлением материала зарождение и развитию трещины.
3. Обнаруженная для интеркристаллитн'ого типа разрушения инвариантность критического коэффициента интенсивности локальных напряжений к различным видам хрупкости, и установленная на этой основе связь локальных характеристик хрупкого разрушения при низкотемпературном охрупчивании и замедленном хрупком разрушении, вызванном водородом, для интеркристаллитного типа разрушения.
4.Методический подход к разделению стадий зарождения и распространения трещины для различных видов хрупкого разрушения высокопрочной стали и соответствующих, микромеханизмов локального разрушения.
S. Установленные закономерности влияния исходного аустенит-ного зерна мартенситной стали на характеристики замедленного хрупкого разрушения, вызванного водородом.
6.Выявленная временная зависимость прочности порошковой стали, связанная с протеканием процесса замедленного хрупкого разрушения, вызванного воздействием водорода; установленные основные закономерности этого процесса, а также функциональная связь между характеристиками замедленного разрушения и пористостью.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на н/т конференции "Интеркристаллитная хрупкость сталей и сплавов" (Ижевск, 1989 г.), 6-Всесоюзной конференции "Физика разрушения" (Киев, 1989 г.), 4-й Всесоюзной конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (Запорожье, 1989 г.), 5-й республиканской конференции "Коррозия металлов под напряжением и методы защиты" (Львов, 1989 г.), 1-м Всесоюзном школе-семинаре "Структурная и химическая микронеоднородность в материалах" ( Киев, 1990 г.3, Всесоюзной н/т конференции "Повышение механических и эксплуатационных свойств сталей массового производства" (Москва, 1990. г.), 3-м Всесоюзном
семинаре "Механика разрушения" С Киев, 1990 г.), 6-м Республиканском семинаре "Разработка, производство и применение инструментальных сталей" (Запорожье, 1990 г.), 4-м Всесовзном симпозиуме "Стали и сплавы криогенной техники" (Батуми, 1990 г. 3, Всесоюзном семинаре "Флокены и противофлакеновая обработка сталей" (Донецк,1990 г.3, н/т семинаре "Новые способы- термической и упрочняющей обработки экономно-легированных инструментальных и конструкционных сталей "(Севастополь, 1991 г.3, Международной конференции "Разрушение и структура конструкционна материалов" (Сингапур, 1991 г. 3, 6-й Международной конференции "Механические свойства материалов" (Япония, Киото, 1991 г.3.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 167 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 2 таблицы. Список литературы включает 220 наименований.
